時域在數字射頻領域中的作用

本文考察了時間在數字射頻中的關鍵特性，還回顧和比較了發現、觸發、捕獲和分析信號的方法。

　　射頻傳輸類別

　　數字射頻的革命帶來了市場上種類豐富的低成本低功耗器件，如將整個通信系統都集成到一塊集成電路中的單芯片產品等。日益稀缺的頻帶上傳送的信息不斷激增，推動著人們需要在每單位帶寬上實現更高的數據速率，同時需要復雜的通信協議，允許各種射頻設備和系統實現和平共存。

　　通信協議的一個關鍵目標是用盡可能少的帶寬可靠地傳送數據包，同時使干擾達到最小。盡管不是為通信而設計的，但雷達系統在頻譜效率和最小干擾方面也擁有類似的目標，同時在目標中增加了安全性和避免檢測。這就產生了多種射頻傳輸類別，包括：

　　* 傳輸打開的時間很短，只在發送數據單元時打開，一旦數據發送完畢，就會釋放頻譜，以用于其他用途。在許多情況下，這些短傳輸的時間關系是未知的、隨機的。

　　* 系統與超寬帶(UWB)和碼分多址(CDMA)同時共享相同的頻譜。

　　* 認知無線電(CR)調節頻率、調制和功率，以便對某個時間點和位置的頻譜環境做出反應。

　　* 一個封裝內包含多臺射頻設備。

　　* 射頻設備與時鐘速率達到幾GHz的數字CPU共享相同的集成電路。

　　射頻測量挑戰

　　當前射頻工具必須具備一些基本的測量任務，以便滿足設計工程師實現自己的設計目標。這些任務在某種形式上都包含各種射頻傳輸類別，涵蓋了從監控到物理研究的各種應用。

　　檢定頻率漂移——通常必須檢定頻率穩定時間和響應，以保證設備滿足功能需求和操作需求。通常要求不間斷地捕獲頻率隨時間不斷變化的信號。

　　檢測干擾信號及其來源——干擾信號來來往往，通常是由于系統內部或外部故意干擾源或無意干擾源的開關活動導致的。通過記錄許多離散的干擾實例及周圍時間，可以確定干擾頻率，推斷出干擾來源。

　　查找和分析瞬時信號——不管是毛刺還是預計傳輸，瞬時頻率變化可能會意想不到地出現在比較穩定、甚至更大的信號當中。檢測這些信號需要采用某種特殊的手段，它可以把相關事件與觀測跨度上的其他信號區分開來。

　　捕獲和分析基帶之上的信道化信號——通帶信號可能會具有捷變和被調制的特點，因此必須捕獲某個時間周期中相關頻段上發生的一切事件。這就要求不間斷的頻譜記錄，以便能夠考察信號的頻譜、時間和調制特點。

　　分析自適應數字調制——隨著帶寬變得越來越寶貴，安全變得越來越重要，自適應數字調制正變得越來越普遍、越來越復雜。分析調制質量及其與信號頻域特點和時域特點的關系，是轉型過程中進行無線調試的關鍵一步。這通常要求進行超出標準的測試，特別是在沒定義實現方案時。

　　通過回顧這些射頻測量任務，可以明顯看出，許多新興應用要求功能強大的射頻分析解決方案，除了傳統頻率軸和幅度軸外，該工具還要能夠捕獲時間信息。

　　目前市場上提供了三類射頻信號分析儀：掃頻分析儀(SA)、矢量信號分析儀(VSA)和實時頻譜分析儀(RTSA)。下面我們將更仔細地考察每種分析儀及其滿足新興數字射頻設計要求的能力。

　　掃頻分析儀

　　傳統掃頻分析儀通過在相關頻率上掃描分辨率帶寬(RBW)濾波器，來進行幅度對頻率測量。其缺點是，它一次只能記錄一個頻率中的幅度數據，要求輸入信號相對穩定、不會發生變化。

　　圖1 掃頻分析儀步進通過一系列頻段，經常會漏掉當前掃描頻段外面發生的重要瞬時事件

　　在圖1中，掃頻分析儀查看時間Ta上的頻段，但在更高頻率上發生了瞬間畸變。等到掃描到達較高的頻段時，也就是時間Tb時，畸變已經消失了，因此掃頻分析儀沒有檢測到畸變。它沒有任何方式觸發定義的信號特點，也沒有任何方式累積長期的信號行為記錄。